Магний в ядерной энергетике

Ядерная энергетика представляет собой очень важную область использования магния в Англии. В производстве урана используют магниевые опилки. Кроме того, много сотен тонн высококачественных полуфабрикатов из магниевых сплавов потребляется ежегодно при производстве ядерных топливных элементов. Поскольку ядерная энергетика представляет собой специальную область применения магниевых сплавов, ниже излагаются только некоторые сведения, касающиеся тех требований, которые предъявляются к магниевым сплавам, предназначенным для использования в топливных элементах, и того, как эти требования могут быть удовлетворены

Магний в топливных элементах. Британская программа по использованию ядерной энергии Схема одного из используемых в атомных электростанциях реакторов — реактора с газовым охлаждением и графитовым замедлителем — представлена на рис. 324. Топливные элементы, представляющие собой естественный уран, помещенный в ребристые трубки из магниевых сплавов с заваренными крышками, устанавливают в вертикальные каналы в большом блоке графита. После того как реактор полностью загрузят топливными элементами, удаляют стержни, контролирующие поглощение нейтронов, и начинается управляемая цепная реакция. Каждый встречающийся атом U235, подвергаясь спонтанному расщеплению, дает нейтроны, которые в свою очередь после замедления графитом могут сами вызвать расщепление атомов U235. Газообразная двуокись углерода протекает через каналы и отбирает тепловую энергию от топливных элементов, передавая ее затем установке, генерирующей пар. Интересны некоторые параметры реактора для атомной электростанции Колдер Холл:

Атомные электростанции, предназначенные для гражданских целей, будут работать при значительно более высоких температурах (450—500° С) и давлении газа вплоть до 27 кГ/см2.
Выбор магния для трубок топливных элементов. В случае использования в качестве топлива естественного урана важно применять в реакторе только такие материалы, которые не будут поглощать нейтроны в значительной степени. Фактически в случае отсутствия бериллия или тяжелой воды, в настоящее время чрезвычайно дорогих, необходимость в реакторах, базирующихся на естественном уране с температурами, нужными для производства энергии, на практике определяет общую конструкцию реактора и выбор материала для трубок топливных элементов из магния, а в качестве охлаждающего газа — двуокиси углерода. Преимущества магния перед кон курирующими с ним металлами состоят в следующем:
а) малое поглощение нейтронов (поперечное сечение захвата тепловых нейтронов составляет только четвертую часть поперечного сечения захвата для алюминия);
б) отсутствие взаимодействия с ураном (алюминий образует с ураном сплавы);
в) достаточная устойчивость против двуокиси углерода вплоть до наиболее высоких рабочих температур (в отличие от циркония);
г) хорошая теплопроводность (в отличие от циркония), которая обеспечивает эффективную теплоотдачу. При этом ребристость трубок из магниевого сплава, позволяющая увеличить теплоотдачу, не приводит к значительному увеличению массы.

Повышенная пластичность в условиях ползучести и хорошая обрабатываемость резанием также являются преимуществами магния по сравнению с алюминием.
Перед тем как магний был принят как конструкционный материал для использования при температурах порядка 450° С, необходимо было убедить проектировщиков, что он безопасен с точки зрения возможности загорания.
Изделия из магниевых сплавов для топливных элементов. Изделия из магниевых сплавов для топливных элементов реакторов несколько отличаются для разных станций. Типичные примеры показаны на рис. 325—328. Ребристая поверхность трубок может быть получена различными способами: обработкой резанием, прессованием с последующим скручиванием, обкаткой. Концевые части получают ковкой.
Используемые сплавы. Состав сплавов, используемых в реакторах вплоть до конца 1960 г., приведен в табл 85.